201810KV架空绝缘线雷击断线的探讨

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　　摘要：为了解决线路走廊难的问题，减少树枝、鸟类等外物引起架空裸线的故障、减小停电时间、提高供电可靠性，我公司从近几年开始使用10kV架空绝缘导线。从运行情况看，确实达到了预期的效果。但是，也带来了一些新的技术问题，主要是雷击断线问题十分突出。在公司的十多条架空绝缘线路中，在最近两年时间内已有5条线路受到雷击而断线。因此，为确保架空绝缘配电网的安全运行，必须妥善解决雷击断线问题。
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　　据有关资料的统计，河北省到2005年为止，雷击断线事故与雷击跳闸事故约为400次：上海地区使用绝缘导线以来，已造成近百起雷击闪络事故。国外也有资料介绍雷击断线事故约占总雷击的96.8%，日本的线路绝缘化较早，据有关资料统计日本的雷击断线事故约占配电网绝缘事故的36.8%。以上一些统计资料表明：雷击断线事故，是应用绝缘导线中最突出的一个严重问题，这引起国内外防雷工作者们的广泛注意，下面我们先来探讨以下线路防雷的一些基本常识：
　　1、雷电的危害
　　雷电引起的过电压，叫做大气过电压。这种过电压危害相当大。大气过电压可分为直接雷过电压和感应雷过电压两种基本形式。 雷电有下列危害：
　　（1） 雷电的机械效应――击毁杆塔和建筑，伤害人畜。
　　（2） 雷电的热效应――烧毁导线、烧毁设备、造成火灾。
　　（3） 电的电热效应――产生过电压，击穿电气绝缘、绝缘子闪络、开关跳闸、线路停电或引起火灾、人身伤亡等。
　　 2、线路防雷中常用的几个概念
　　（1）绕击、反击和感应雷
　　线路受雷击后，绝缘子串二端电压升高，会引起绝缘子串闪络，根据雷击点位置不同，引起雷击闪络的原因，基本上有下列三种：
　　① 雷击线路附近的地面，在绝缘子二端产生电磁感应电压，通常称为感应雷过电压。
　　② 雷击塔顶或塔头附近避雷线，雷电流通过杆塔入地，杆塔电位升高，绝缘子串发生闪络，当雷击避雷线挡距中央时，地线电位升高，也可能引起导线、地线间的空气间隙s闪络。这两种现在统称为反击。它们都是原来接地的物体（杆塔、避雷器），受雷击后电位升高，反过来对原来是高电位的导线放电。
　　③ 雷绕过避雷线，击中相导线，这种由导线电位升高所引起的绝缘子串闪络称为绕击。在高压线路中，绕击与反击之和就是线路总的雷击闪络次数。绕击和反击时，雷电直接流过杆塔或导线。因此，这时产生的过电压又称为直击雷过电压。
　　（2）绝缘子串的冲击闪络特性：
　　在雷的冲击作用下，绝缘子串可能产生冲击闪络，
　　绝缘子串的予放电时间不同，其闪络路径也不同：tp＞3μS 按最短空气隔离闪络：tp=1μS，放电沿绝缘子上瓷瓶：tp＞1μS冲击放电紧贴瓷裙，沿每一瓷裙的上下表面串级闪络。冲击闪络后，随后建立的工频短路电弧将沿冲击电弧路径发展，会在瓷裙上留下痕迹。
　　（3）耐雷水平
　　在雷冲击的作用下，绝缘子串是否闪络与雷电流的大小及防雷措施的好坏有关，因此可以引入一个叫“耐雷水平的”参景来表示。我们把能引起绝缘闪络的最小临界雷电流称为耐雷水平。耐雷水平是判断输电线路耐雷性能的一个重要数据，也称保护水平。耐雷水平愈高、意味着线路防雷措施愈完善，绝缘子串冲击闪络的概率愈小，输电线路的电压 等级愈高，其重要性愈大，因而要求有较高的耐雷水平。
　　通过以上机理的研究，架空线路基本都采用技术上与经济上合理的措施，将雷击事故减少到可以接受的程度，以保证供电的可靠性与经济性。为此，一般设有四道防线：
　　（1） 不绕击――用避雷线或改用电缆等措施，尽量使雷不绕击到导线上
　　（2） 绝缘子不闪络――用改善接地或加强绝缘等措施，使避雷线或杆塔受雷击后，绝缘子不闪络。
　　（3） 不建立稳定工频电弧――即使绝缘子串闪络，也要它尽量不转变为稳定的工频电弧，开关不跳闸。为此应减少绝缘子的工频电场强度或者电网中性点采用不接地或经消弧圈地的方式。这样可使由雷击引起的大多数单相接地故障能够自动消除，不致引起相间短路和跳闸。
　　（4） 不中断电力供应――这是最后一道防线，即使开关跳闸也不中断电力供应。为此，可采用自动重合闸或双回路，环网供电等措施。
　　因此，在架空线路防雷中，允许有一小部分雷击引起线路绝缘子闪络，然后用减少建弧率以及自动重合闸的办法，把雷害引起的停电事故数减少到可以接受的程度。
　　绝缘导线的应用程度越来越高，绝缘导线的雷击断线事故也成为导线绝缘化的重要阻碍，这引起了国内外防雷工作者的广泛关注，并积极开展对等试验研究工作，并找到了许多有效的防治措施，归纳起来可以总结出以下主要措施：
　　⑴、安装架空地线
　　 架空地线的作用，主要是将幅值很大的雷电过电压转化为电流，经很低的杆塔接地电阻排泄出去，从而大幅度降低雷电过电压，使导线得到保护。这在绝缘水平很高的110kV及以上电压等级送电线路是作为防雷的主要措施。10kV配电网绝缘水平较低，雷击架空地线后极容易造成反击闪络，仍然会发生工频续流烧断绝缘导线。而且根据统计，配电线路遭受直接雷击或绕击的概率很小，约占雷害事故的20%，配电线路上80%的雷电过电压故障是感应过电压。因此，架空地线只能在直击雷频繁的区域使用。
　　⑵、安装氧化锌避雷器
　　随着氧化锌阀片技术性能的提高，氧化锌避雷器的优良保护性能已被人们所接受，近年来已广泛应用于电气设备过电压保护。氧化锌避雷器可以限制感应过电压幅值，在雷击闪络后吸收放电能量，阻止工频续流起弧，达到保护导线的目的。氧化锌避雷器价格比较高，因此要研究每隔多少距离安装一组，既要安装得最小又能够保护全线。氧化锌避雷器的保护范围与雷电特性、氧化锌避雷器参数、氧化锌避雷器接地装置的接地电阻数值和线路绝缘水平有关。而其中的雷电特性目前还缺乏数据。只能加以假定。以佛山市区为例：配电线路的感应过电压幅值为200－300kV峰值，波头为2μS，线路采用P－15T针式绝缘子，防雷接地电阻为10欧姆，建议每隔200－300米安装一组氧化锌避雷器。但安装氧化锌避雷器亦有不足之处：(1)破坏架空绝缘导线的主绝缘，可能会因密封不良而引起架空绝缘导线线芯进水，容易在线路弧垂最低点处产生积聚水份并发生电－化腐蚀，运行至六、七年后会发生腐蚀断线事故；(2)氧化锌避雷器在使用时，长期承受工频电压的作用，一旦氧化锌避雷器意外损坏，将会造成系统死接地的故障。
　　⑶、使用穿刺式防弧金具
　　其原理为：将该金具安装在线路绝缘子附近负荷一侧（背离电源侧）的绝缘导线上，当雷电过电压超过一定数值时，在防弧金具的穿刺电极和接地电极之间引起闪?j，形成短路通道，接续的工频电弧便在防弧金具上燃烧，以保护导线免于烧伤。在单向供电的老线路上采用此产品效果较好，安装方便，造价相对低一些，而环网供电的线路则需二侧安装造成工程及费用增加和线路不简洁，鸟类较多地区易受侵袭接地。
　　⑷、安装线路过电压保护器
　　线路过电压保护器是由非线性电阻限流元件(氧化锌阀片)及串联放电间隙(不锈钢引流环)组成，在雷电过电压闪络后引起的工频续流流过线路过电压保护器西藏电力工业将超前发展时，非线性电阻限流元件(氧化锌阀片)利用其电压高时阻值低，电压低时阻值高的特性，将正弦波形的工频续流转变成尖顶波，尖顶波电流在过零前有相当长的时间电流幅值较小，同时，限流元件的残压削减放电电压，截断工频续流使电弧瞬间熄灭。此时，串联间隙起隔离作用，保护限流元件耐受较高的过电压而不损坏，有效地阻止架空绝缘导线发生雷击断线事故。这种方式成本比安装氧化锌避雷器稍低，而且与绝缘子并联安装，不损坏绝缘导线的主绝缘层，基本上免维护。
　　⑸、安装合成绝缘子
　　采用合成绝缘子，提高了线路的冲击耐压水平，确保只在特别高的雷电感应过电压作用下才闪络，工频续流会因合成绝缘子的放电爬距大而无法建弧而熄灭。但合成绝缘子价格比较贵，经多次闪络后将会损伤，适用于新建线路。
　　⑹、采用长闪络避雷器（LFA）
　　研究表明，对于中性点非直接接地的配电系统，当线路的工作电压与闪络路径长度的比值（即电场强度E，E=Uph/L）减小时，由雷电闪络发展为工频续流的可能性将大为减小。利用上述的思想，俄罗斯学者提出了采用长闪络避雷器，解决配电线路绝缘导线的雷击断线问题。
　　绝缘导线雷击必断，这是其特性所然，在架设架空绝缘导线的地方，应重视雷击断线问题。在直击雷频繁的区域，可以架设架空地线，以减少直击雷的危害。如有可靠的密封防潮措施，采用氧化锌避雷器也是不错的选择。防弧金具是中国电力科学研究院和北京供电局联合研制，能防止雷击断线，但导体裸露较长，存在绝缘、密封缺陷。线路过电压保护器是武汉雷泰电力技术有限公司与上海市东供电局联合研制开发的新产品，防雷效果好，不破坏线路绝缘，免维护，值得推广。合成绝缘子外形美观，可以防止雷击，维护工作量小，适合在新建线路上使用。今后随着配电线路的雷电特性进一步被摸清，保护措施将会更为完善、合理，架空绝缘线路的运行会更为安全、可靠。
　　
　　参考文献：
　　1、北京供电局中压架空绝缘线路防雷问题北京：北京供电局资料
　　2、罗俊华、张锦秀等35kV及以下架空绝缘电缆过电压保护技术《高电压技术》2000年第3期
　　3、电力行业标准DL/T620-1997 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合，电力出版社，1997
　　4、西安交通大学 王秉钧 金属氧化物避雷器 水利电力出版社，1993
　　5、水利电力部电力设备过电压保护设计技术规程SDJ 7-79 水利电力出版社，浙江省电力试验研究所，1997